摘要

? 2020年特斯拉電池日發(fā)布4680電芯（直徑46mm，高度80mm），包括松下、LG、三星、億緯、寧德時(shí)代、比克等電池企業(yè)紛紛跟進(jìn)。

? 4680有望成為特斯拉主力電芯，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。4680采用大圓柱+全極耳+干電極等全新技術(shù)，大幅提升了能量（5倍于2170電池）、功率（6倍于2170電池），降低了電池成本（14%于2170電池），優(yōu)化了散熱性能、生產(chǎn)效率、充電速度，能量密度、循環(huán)性能等。

? 全極耳大幅降低內(nèi)阻、提升功率、安全性、快充性能，所需激光切割工序倍增：傳統(tǒng)電池只有兩個(gè)極耳，分別連接正極與負(fù)極，而4680電池實(shí)現(xiàn)了全極耳（直接從正極/負(fù)極上剪出極耳），從而大大增加了電流通路，并縮短了極耳間距，進(jìn)而大幅降低內(nèi)阻、提升倍率型。由于極耳數(shù)量遠(yuǎn)多于常規(guī)設(shè)計(jì)，所需激光切割工序倍增。

? 4680大圓柱與高鎳的適配性更好，刺激高鎳產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。鐵鋰材料價(jià)格更低，安全性能更高，不斷擠壓三元材料市場(chǎng)份額。大圓柱電芯與高鎳的適配性更好，特斯拉采用高鎳NCM811正極材料，有助于提升高鎳市場(chǎng)份額。

? 4680大圓柱與硅負(fù)極適配性更好：硅負(fù)極理論最大電池容量可達(dá)4200Wh/kg，遠(yuǎn)高于石墨的372Wh/kg，特斯拉第一代4680電芯未采用硅負(fù)極，預(yù)計(jì)是因?yàn)樘厮估状紊孀汶娦绢I(lǐng)域，未采用非常激進(jìn)的設(shè)計(jì)。

不同的4680設(shè)計(jì)存在差異性 ? 特斯拉與國(guó)產(chǎn)4680電芯設(shè)計(jì)差異較大

? 特斯拉技術(shù)迭代周期很短，不同時(shí)期的4680電芯外觀存在明顯差異

? 第二代4680電芯負(fù)極蓋板變化極大，可以清晰看見(jiàn)三道焊縫

圓柱焊接次數(shù)遠(yuǎn)高于方形電池

? 每個(gè)電芯至少需要正負(fù)極兩次焊接，主流動(dòng)力類普通方形電池 容量為100~200Ah，遠(yuǎn)高于4680電池的25~30Ah.

? 若4680電池滲透率提升，將帶激光設(shè)備發(fā)展。

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正極集流盤(pán)

? 第一代特斯拉4680正極集流盤(pán)：共計(jì)6個(gè)花瓣，每個(gè)花瓣3長(zhǎng)2 短共5條焊縫

? 國(guó)產(chǎn)4680集流盤(pán)：點(diǎn)狀焊接，無(wú)花瓣形狀

? 集流盤(pán)與全極耳的焊接是難點(diǎn)

正極全極耳

? 全極耳：拆解后嚴(yán)重受損

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第一代特斯拉4680電芯卷繞

? 黃色和綠色的是終止膠帶

? 最外層包裹隔膜

國(guó)產(chǎn)4680電芯卷芯

?未發(fā)現(xiàn)終止膠帶，外圈多包裹一層藍(lán)色絕緣膜

? 藍(lán)色絕緣膜內(nèi)部再包裹一層隔膜

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第一代特斯拉4680正極絕緣片特寫(xiě)

? 正極絕緣片覆蓋整個(gè)電芯截面積

? 點(diǎn)評(píng)：全極耳所有電流最終匯集到正極極柱，熱量集中在正極 極柱位置，可能會(huì)影響快充性能

國(guó)產(chǎn)4680正極絕緣片特寫(xiě)

? 國(guó)產(chǎn)4680同樣有絕緣片，但厚度明顯低于特斯拉的設(shè)計(jì)

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集流體材料邊緣特寫(xiě)

? 正極鋁箔邊緣極耳清晰可見(jiàn)，且緊密排列

? 負(fù)極鋁箔邊緣極耳清晰可見(jiàn)，且緊密排列

? 如此密集的小極耳將顯著增加生產(chǎn)工藝的控制難度

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全極耳極片分析

? 卷芯中心為中空結(jié)構(gòu)，造成卷芯最內(nèi)側(cè)并無(wú)極耳

? 卷芯最外側(cè)小極耳與集流盤(pán)焊接難度增加，最外側(cè)也無(wú)極耳

? 最內(nèi)層和最外層的電流時(shí)先流向極片長(zhǎng)度方向，然后再流向?qū)挾确较?br />
? 每個(gè)小極耳均需要2道激光切割

國(guó)產(chǎn)4680電芯負(fù)極國(guó)產(chǎn)4680負(fù)極在手套箱中（氬氣環(huán)境）呈現(xiàn)金色

? 手套箱中呈現(xiàn)金色

? 在空氣中逐漸變?yōu)楹谏?br />
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全極耳揉平是重要工序，國(guó)產(chǎn)和特斯拉差異性極大

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揉平：將卷芯的斷面揉平整后再與極板焊接，

①通過(guò)超聲波震動(dòng)直接壓平；

②通過(guò)旋轉(zhuǎn)的揉平輪直接摩擦電池極耳平面。

難點(diǎn)：

①揉平速度過(guò)快時(shí)，極片外翻；

②揉平速度過(guò)慢時(shí)，生產(chǎn)效率低；

③揉平時(shí)產(chǎn)生金屬屑較多，導(dǎo)致內(nèi)部短路；

④活材料脫落等問(wèn)題，

⑤極耳產(chǎn)生褶皺等

解決方案：

①在全極耳外套上揉平套，揉平頭一邊自轉(zhuǎn)一邊接近揉平套，由于揉平頭不再直接接觸全極耳，故能有效防止將去全極耳部分揉碎。

②超聲波揉 平對(duì)電芯的端面進(jìn)行超聲波的預(yù)處理揉平，然后進(jìn)行機(jī)械揉平。

③免揉平：在涂布之后再邊緣空白處涂抹絕緣材料，絕緣材料與活性物質(zhì)水平高度一致，使得卷繞后集流體形成完整平面；

特斯拉全極耳采用吹氣方案

? 中心有極耳

? 最外層沒(méi)有極耳

? 可能用吹氣結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)極耳彎折

特斯拉采用吹氣結(jié)構(gòu)制備全極耳 國(guó)內(nèi)傳利采用機(jī)械結(jié)構(gòu)制備全極耳

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圓柱電池生產(chǎn)流程

? 大致可以分為：外殼，正極絕緣片，正極集流盤(pán)，卷繞，負(fù)極集流盤(pán)，負(fù)極絕緣片，蓋板

? 集流盤(pán)焊接后入殼、正極焊接，負(fù)極焊接，封口

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第一代特斯拉4680能量信息

?電極尺寸：330*7.2cm

? 容量：26.136Ah

? 能量：96~99wh

? 重量：355g

? 能量密度：272~296wh/kg

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第一代特斯拉4680負(fù)極使用干電極

? 正極：未使用干電極技術(shù)

? 負(fù)極：確認(rèn)使用干電極技術(shù)

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第一代特斯拉4680正極材料Ni含量

? 正極為高鎳材料，鎳含量約80%

? 不是NCMA材料或者Al含量極低

? 高鎳材料的市占率持續(xù)降低，4680有助于刺激高鎳材料發(fā)展

正極材料表征

第一代特斯拉4680負(fù)極表征

? T通過(guò)能譜儀檢測(cè)分析，確認(rèn)特斯拉4680負(fù)極僅為碳，并未采用硅負(fù)極

? 松下21700使用了5~10%的硅

? 硅碳材料最大問(wèn)題在于膨脹，與方形電池相比，圓柱電池對(duì)膨脹的耐受力更高。

第一代特斯拉4680負(fù)極表征

? 4680殼體厚度:500~600μm，2170殼體厚度:125~250μm

? 4680側(cè)面殼體厚度0.635微米，預(yù)估質(zhì)量58g，若使用0.2微米的殼體，質(zhì)量為18g

? 電芯總重量為355g，故使用厚殼體增加11.2%的重量 。





審核編輯：劉清